UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ
MESTRADO EM MATERIAIS PARA ENGENHARIA
LUCAS RAMON ROQUE DA SILVA
ANÁLISE DE PROPRIEDADES DO CONCRETO AUTOADENSÁVEL
COM RESÍDUO POLIMÉRICO
ITAJUBÁ-MG 2020
UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ
MESTRADO EM MATERIAIS PARA ENGENHARIA
LUCAS RAMON ROQUE DA SILVA
ANÁLISE DE PROPRIEDADES DO CONCRETO AUTOADENSÁVEL
COM RESÍDUO POLIMÉRICO
Defesa de Dissertação submetida ao Programa de Pós-Graduação em Materiais para Engenharia como parte dos requisitos para obtenção do Título de Mestre em Materiais para Engenharia
Área de concentração: Compósitos
Orientadora: Prof.ª Dr.ª Mírian de Lourdes Noronha Motta Melo.
Coorientador: Prof. Dr. Vander Alkmin dos Santos Ribeiro.
ITAJUBÁ-MG 2020
DEDICATÓRIA
“Nós somos aquilo que fazemos repetidamente. Excelência, então, não é um modo de agir, mas um hábito.”
Will Durant
“Only the disciplined ones are free in life. If you are undisciplined, you are a slave to your moods. You are a slave to your passions.” Eliud Kipchouge
AGRADECIMENTOS
À minha mãe Nazaré Roque, meu pai Ivo José, meus familiares e amigos, pelo carinho, incentivo, apoio e compreensão durantes esses anos de estudo.
Á Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI/Itajubá) pela oportunidade de estudo e pesquisa e por todo suporte técnico para a realização desta pesquisa de mestrado.
À Prof.ª Dr.ª Mirian de Lourdes Noronha Motta Melo, pela valiosa e impagável orientação e amizade. Ao Prof. Dr. Vander Alkmin dos Santos Ribeiro por todo suporte, amizade e orientações.
Aos técnicos do Laboratório de Construção Civil da UNIFEI, Fabiano e todos os pesquisadores mestrandos, doutorandos e pós-doutorado pelo apoio e auxílio técnico.
À empresa FOX pelo fornecimento do resíduo polimérico utilizados nesta pesquisa. À empresa SILICON Indústria e Comércio de Produtos Químicos Ltda., pelo fornecimento dos materiais utilizados nesta pesquisa.
RESUMO
ROQUE-SILVA, L.R. (2020), Análise de propriedades do concreto autoadensável com resíduo polimérico. 2020. 156p. Dissertação (Mestrado em Materiais Para Engenharia). Universidade Federal de Itajubá, Itajubá – MG, 2020.
Concreto depois da água é um dos materiais mais usado no mundo, e para sua obtenção há necessidade de usar insumos naturais que estão cada vez mais escassos. Os Resíduos Eletroeletrônicos, de equipamentos tais como: refrigeradores e freezers é a categoria de resíduos que mais cresce no mundo. Este trabalho visa avaliar uso de resíduo polimérico oriundo da reciclagem de refrigeradores na produção de concreto autoadensável (CAA) e sua influência nas propriedades no estado fresco e endurecido. Inicialmente foi produzido um traço referencia do CAA pelo método de Tutikian. Depois o agregado graúdo foi substituido em 5%, 10%, 15% e 20% pelo resíduo polimérido de refrigeradores. Foram avaliados no estado fresco o índice de estabilidade visual (IEV), espalhamento (cone de Abrams), tempo de escoamento (t500), habilidade passante (caixa L), viscosidade (funil V) e massa específica fresca. No estado endurecido foram avaliados a resistência à compressão axial e diametral, absorção de água, índice de vazios, massa específica, módulo de elasticidade dinâmico, microscopia e resistividade elétrica. No estado fresco o CAA com resíduo mantém suas características de homogeneidade e fluidez até a substituição de 20% em massa. No estado endurecido, a substituição de RP por brita atuou de maneira a diminuir gradualmente a resistência do concreto nos ensaios de resistência à compressão axial e resistência à compressão diametral. No entanto, mesmo com a diminuição, todos os traços são classificados para fins estruturais de média e alta resistência ABNT NBR 8953:2015. Com a substituição de RP o módulo de elasticidade diminui assim a rigidez. Na análise de MEV, pode se constatar que à medida que se aumenta a porcentagem de RP, a zona de transição na interfase (ZTI) fica porosa e sem coesão em diversos pontos, e há espaços de vazios significativos. Fatos esses somados que justificam o decréscimo das propriedades mecânicas do CAA. Por outro lado, a resistividade elétrica aumenta com substituição de RP, o tornando CAA mais isolante e menos propenso à deterioração pela atuação de íons. Pelos resultados obtidos, conclui-se que é possível a produção de CAA com substituição de até 20% em massa de RP pelo agregado graúdo.
Palavra-chave: concreto autoadensável, resistência mecânica, módulo de elasticidade, resíduos poliméricos, resíduo de eletrodoméstico, resistividade elétrica.
ABSTRACT
Concrete after water is the most used material in the world, and to obtain it there is a need to use natural inputs that are increasingly scarce. Electro-electronic waste, from equipment such as refrigerators and freezers, is the fastest-growing category of waste in the world). An alternative for the correct disposal of household appliance waste is its use in concrete as an aggregate, which generates concrete with special characteristics. This work aims to produce self-compacting concrete (CAA) modified with polymeric residues from the recycling of refrigerators and characterizes them in terms of their main properties. The physical, mechanical and microstructural characteristics were evaluated. One reference line was produced, without substitution of polymeric residue (RP) and four with substitution of (RP) with 5%, 10%, 15% and 20% by the coarse aggregate. In the fresh state, the tests were visual stability index (IEV), slump flow test (Abrams cone), flow time (t500), passing ability (box L), viscosity (funnel V) and fresh density. In the hardened state, the tests were resistance to axial and diametrical compression, water absorption, voids index, specific mass, dynamic elastic modulus, scanning electron microscopy (SEM) and electrical resistivity. In the fresh state, the CAA maintains its characteristics of homogeneity and fluidity until the replacement of 20%. In the hardened state, the addition of RP acted to gradually decrease the strength of the concrete in the tests of resistance to axial compression and resistance to diametrical compression. However, even with the decrease, all mix are classified for medium and high strength structural purposes ABNT NBR 8953: 2015. With the replacement of RP the modulus of elasticity decreases, thus the stiffness of the CAA decreases. The reverse occurs for the electrical resistivity that increases with RP replacement, making it CAA insulating and less prone to deterioration by the action of ions, less susceptible to the corrosion process that can occur in reinforced concrete. In the MEV test, it can be seen that as the percentage of PR increases, the transition zone in the interphase (ZTI) becomes porous and without cohesion at several points, and there are spaces of significant vacancies. These facts added up that justify the decrease in the mechanical properties of the CAA. From the results obtained, it is concluded that the production of CAA with substitution of RP by the coarse aggregate is possible.
Keyword: self-compacting concrete, mechanical resistance, elasticity module, polymeric waste, household appliance waste, microstructure.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Comparação da composição da mistura entre CAA e concreto convencional (Fonte: (OKAMURA e OUCHI, 2003). ... 7 Figura 2: Influência de três tipos de areia sobre a tensão de cisalhamento da mistura de CAA quando em movimento (Fonte: Okamura e Ouchi, 2003)... 10 Figura 3: Representação esquemática de: partículas de cimento Portland em pastas sem aditivos (a);com aditivos superplastificantes (b) e, com superplastificante e aditivo mineral de elevada finura (c) (Fonte: adaptado de CORDEIRO, 2006). ... 13 Figura 4: Classes de índices de estabilidade visual adaptado de (Fonte: ABNT NBR 15823-2:2017). ... 19 Figura 5: Módulo de elasticidade de CAA e CCV em função do teor de argamassa (Fonte: MANUEL, 2005) ... 20 Figura 6: Bloco de ancoragem da ponte Akashi-Kaikyo (Fonte: OKAMURA e OUCHI, 2003). ... 23 Figura 7: Concretagem de laje no Centro Comercial em Ferrara, Itália (Fonte: EFNARC, 2002). ... 23 Figura 8: Seção polida de uma amostra de concreto por microscópio óptico (Fonte: Adaptado de MEHTA E MONTEIRO, 2014). ... 26 Figura 9: Comportamento tensão/deformação de uma amostra de metal submetida a crescente carregamento (Fonte: WILLIAN D. CALLISTER, 2002). ... 28 Figura 10: Comportamento típico da curva tensão-deformação para o concreto e seus principais componentes. (Fonte: MEHTA e MONTEIRO, 2008). ... 29 Figura 11: Diferentes formas de obtenção do módulo de Young a partir da curva tensão-deformação (Fonte: ALMEIDA, 2012)... 30 Figura 12: Sistema de eletrodos de chapas de cobre (Fonte: LAMOUNIER, 2014)... 33 Figura 13: Linhas de produtos do setor eletroeletrônico (Fonte: Adaptado de SARAIVA, 2014). ... 34 Figura 14: Crescimento do número de domicílios com geladeiras no Brasil (Fonte: DEPEC e BRADESCO, 2017). ... 35 Figura 15: Ciclo da logística reversa com a destinação ambiental correta dos resíduos (Fonte: Adaptado de PNRS, 2010) ... 41 Figura 16: Obrigações da Lei: Política Nacional de Resíduos Sólidos (Fonte: BRASIL, 2010). ... 42
Figura 17: Ciclo de vida dos produtos eletroeletrônicos (Fonte: Adaptado de ABINEE, 2019). ... 44 Figura 18: fases de reciclagem dos refrigeradores na indústria FOX (Fonte: próprio autor). ... 46 Figura 19: Reciclagem dos refrigeradores indústria FOX (Fonte: Adaptado de INDUSTRIAFOX, 2010). ... 47 Figura 20: Reciclagem dos refrigeradores indústria FOX (Fonte: Adaptado de INDUSTRIAFOX, 2010). ... 48 Figura 21: Publicações referentes ao tema CAA com resíduo no período de 2015 a 2020 (Fonte: SCOPUS, 2019). ... 50 Figura 22: Principais autores que publicam na área do CAA com resíduo (Fonte: SCOPUS, 2019). ... 51 Figura 23: Principais países onde ocorrem trabalhos relacionados ao CAA com resíduo ... 51 Figura 24: Fluxograma do procedimento experimental para obtenção do CAA (Fonte: PRÓPRIO AUTOR, 2020). ... 56 Figura 25: Pesagem da amostra (Fonte: PRÓPRIO AUTOR, 2020). ... 61 Figura 26: Sequência de obtenção do resíduo polimérico da indústria Fox até utilização no CAA (Fonte: PRÓPRIO AUTOR, 2020). ... 61 Figura 27: Resíduo polimérico oriundo da reciclagem de refrigeradores separados segundo granulometria graúda e miúda (Fonte: PRÓPRIO AUTOR, 2019). ... 62 Figura 28: Materiais separados para produção do CAA com 10% substituição de brita por resíduo polimérico em massa (Fonte: PRÓPRIO AUTOR, 2020). ... 65 Figura 29: Corpos de prova 10 x20 mm de CAA desmoldados submersos em processo de cura (Fonte: PRÓPRIO AUTOR, 2020). ... 66 Figura 30: Ensaio de massa específica em corpo de prova de concreto (Fonte: PRÓPRIO AUTOR, 2020). ... 69 Figura 31: Configuração básica do software Sonelastic para a caracterização dos corpos de prova e suporte para realização do ensaio (Fonte: PRÓPRIO AUTOR, 2020)... 70 Figura 32: Ensaio de resistividade elétrica em corpo de prova de CAA (Fonte: PRÓPRIO AUTOR, 2020). ... 72 Figura 33: Microscópio eletrônico de varredura (MEV) utilizado para análise das amostra - marca Zeiss, modelo EVO MA15, Lab. de Física-Química UNIFEI/Itajubá (Fonte: PRÓPRIO AUTOR, 2020). ... 73 Figura 34: Curva granulométrica da areia (Fonte: PRÓPRIO AUTOR, 2020). ... 75 Figura 35: Curva granulométrica da brita (Fonte: PRÓPRIO AUTOR, 2020). ... 77
Figura 36: Resíduo polimérico de refrigeradores doados pela Indústria Fox ordenado segundo
sua granulometria (Fonte: PRÓPRIO AUTOR, 2020). ... 78
Figura 37: Curva granulométrica do resíduo polimérico (Fonte: PRÓPRIO AUTOR, 2020). . 79
Figura 38: Resíduo polimérico classificado em aspectos visuais (Fonte: PRÓPRIO AUTOR, 2020). ... 80
Figura 39: Levantamento em porcentagem para amostra de resíduo polimérico (Fonte: PRÓPRIO AUTOR, 2020). ... 81
Figura 40: Obtenção de poliol poliéster (Fonte: VILAR, 2004). ... 83
Figura 41: comparação visual entre o resíduo polimérico e a brita, utilizados nesta pesquisa como agregado graúdo (Fonte: PRÓPRIO AUTOR, 2020). ... 83
Figura 42: Massa específica do CAA com substituição de RP por brita (Fonte: PRÓPRIO AUTOR, 2020). ... 84
Figura 43: Consumo de cimento do CAA com substituição de RP por brita ... 85
Figura 44: Teor de ar do CAA com substituição de RP por brita ... 85
Figura 45: Diâmetro de espalhamento em função do percentual de substituição de resíduo polimérico de refrigeradores (Fonte: PRÓPRIO AUTOR, 2020). ... 86
Figura 46: Ensaio de espalhamento do traço CAA 0% (esquerda) e CAA 5% (direita) ... 87
Figura 47: Ensaio de espalhamento do traço CAA 10% (esquerda) e CAA 15% (direita)... 87
Figura 48: Ensaio de espalhamento do traço CAA 20% ... 88
Figura 49: Teor de substituição de RP por tempo de escoamento (T500) em CAA com substituição de RP por brita (Fonte: PRÓPRIO AUTOR, 2020). ... 89
Figura 50: IEV para CAA 0% (esquerda) e CAA 5% (direita) (Fonte: PRÓPRIO AUTOR, 2020). ... 91
Figura 51: IEV para CAA 10% (esquerda) e CAA 15% (direita) (Fonte: PRÓPRIO AUTOR, 2020). ... 91
Figura 52: IEV para o CAA 20% (Fonte: PRÓPRIO AUTOR, 2020). ... 91
Figura 53: Tempo de escoamento no funil “v” do CAA com substituição de RP por brita (Fonte: PRÓPRIO AUTOR, 2020). ... 93
Figura 54: Ensaio de habilidade passante caixa L do CAA com substituição de RP por brita . 94 Figura 55: Ensaio de habilidade passante caixa L do CAA com substituição de RP por brita (Fonte: PRÓPRIO AUTOR, 2020). ... 95
Figura 56: Resistência à compressão longitudinal em função da substituição de resíduo no CAA em diferentes idades (Fonte: PRÓPRIO AUTOR, 2020). ... 100
Figura 57: Resistência à tração por compressão diametral (MPa) aos 28 dias de cura em função do percentual de substituição de RP por brita (Fonte: PRÓPRIO AUTOR, 2020). ... 103 Figura 58: Massa específica do CAA com substituição de resíduo polimérico por brita (Fonte: PRÓPRIO AUTOR, 2020). ... 104 Figura 59: Absorção de água no CAA em função da substituição de brita por resíduo polimérico ... 105 Figura 60: Índice de vazios no CAA com substituição de resíduo polimérico ... 105 Figura 61: Módulo de elasticidade dinâmico Ed (GPa) com substituição de resíduo polimérico (Fonte: PRÓPRIO AUTOR, 2020). ... 107 Figura 62: Módulo elasticidade dinâmico (Ed) e módulo elasticidade estático (Ec) pelo método Popovics (2008) do CCA com substituição de resíduo polimérico (Fonte: PRÓPRIO AUTOR, 2020). ... 109 Figura 63: Módulo de elasticidade estático pela NBR 6118:2014 e módulo de elasticidade estático pelo modelo de Popovisc (2008) do CAA com resíduo polimérico PRÓPRIO AUTOR, 2020. ... 110 Figura 64: Resistividade elétrica do CAA em função da substituição de brita por resíduo polimérico (Fonte: PRÓPRIO AUTOR, 2020). ... 112 Figura 65: Topografia por MEV ES da amostra do CAA 0% sem resíduo polimérico (Fonte: PRÓPRIO AUTOR, 2020). ... 114 Figura 66: Topografia por MEV ES da amostra CAA 5% com resíduo polimérico (Fonte: PRÓPRIO AUTOR, 2020). ... 115 Figura 67: Topografia por MEV ES da amostra CAA 10% com resíduo polimérico (Fonte: PRÓPRIO AUTOR, 2020). ... 115 Figura 68: Topografia por MEV ES da amostra CAA 15% com resíduo polimérico (Fonte: PRÓPRIO AUTOR, 2020). ... 116 Figura 69: Análise da topografia por MEV ES da amostra CAA 20% com resíduo polimérico (Fonte: PRÓPRIO AUTOR, 2020). ... 116
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Classificação das adições minerais de acordo com reatividade com a água... 11
Tabela 2: Características e consequências do emprego de adições minerais nas propriedades do CAA ... 14
Tabela 3: Lista de ensaios alternativos para mensurar propriedades de trabalhabilidade do CAA ... 16
Tabela 4: Propriedades de trabalhabilidades do CAA e possíveis ensaios para mensura-las. ... 17
Tabela 5: Métodos de ensaio para CAA no estado fresco segundo a ABNT NBR 15823:2017 18 Tabela 6: Normalização nacional para o gerenciamento dos resíduos sólidos ... 38
Tabela 7: Etapas da reciclgem de refrigeradores ... 47
Tabela 8: Principais pesquisadores nacionais do tema CAA com resíduo ... 49
Tabela 9: Ensaios executados na caracterização dos materiais utilizados nesta pesquisa. ... 57
Tabela 10: Propriedades e características físicas do CPV - ARI. ... 58
Tabela 11: Características físicas e químicas do aditivo superplastificante SILICON AD 50404 ... 59
Tabela 12: Características físicas e químicas da sílica ativa ... 59
Tabela 13: Etapas para produção do CAA sem e com resíduo polimérico. ... 64
Tabela 14: Traços unitários em massa utilizados no CAA e consumo de cimento. ... 64
Tabela 15: Ordem de colocação dos agregados e o tempo gasto em cada etapa da produção de CAA ... 65
Tabela 16: Número de corpos de prova por ensaio no estado endurecido e suas respectivas normas ... 66
Tabela 17: Ensaios, normas e propriedade utilizadas no estado fresco do concreto ... 67
Tabela 18: Ensaios, normas e propriedades utilizadas no estado endurecido do concreto. ... 68
Tabela 19: Variação do valor de αe com o tipo de agregado na fabricação dos concretos ... 72
Tabela 20: Características físicas e granulométricas da areia ... 75
Tabela 21: Características físicas e granulométricas da brita. ... 76
Tabela 22: Características físicas e granulométricas do resíduo polimérico ... 78
Tabela 23: Levantamento quantitativo em massa para amostra de resíduo polimérico ... 80
Tabela 24: Ensaio de Espectroscopia no Infravermelho (FTIR) e aspectos visuais de amostras de resíduo polimérico ... 81
Tabela 26: Resultados do ensaio de massa específica, consumo de cimento e teor de ar do
concreto. ... 84
Tabela 27: Ensaio de espalhamento do CAA com substituição de RP por brita ... 86
Tabela 28: Ensaio de escoamento do CAA com substituição de RP por brita ... 88
Tabela 29: Ensaio de índice de estabilidade do CAA com substituição de RP por brita ... 90
Tabela 30: Ensaio de viscosidade plástica no funil “v” do CAA com substituição de RP por brita ... 92
Tabela 31: Ensaio de habilidade passante do CAA com substituição de RP por brita ... 94
Tabela 32: Comparação dos resultados obtidos no estado fresco do CAA com resíduo polimérico com os obtidos por outros autores de trabalhos similares a esta pesquisa. ... 97
Tabela 33: Resistência à compressão em (MPa) aos 7 dias de cura do CAA. ... 99
Tabela 34: Resistência à compressão em (MPa) aos 14 dias de cura do CAA. ... 99
Tabela 35: Resistência à compressão em (MPa) aos 28 dias de cura do CAA. ... 99
Tabela 36: Resistência à compressão em (MPa) aos 91 dias de cura do CAA. ... 100
Tabela 37: Resistência à tração por compressão diametral em (MPa) aos 28 dias de cura, para o CAA com resíduo polimérico ... 102
Tabela 38: Massa específica do CAA com resíduo polimérico ... 104
Tabela 39: Absorção e índice de vazios do CAA com resíduo polimérico ... 104
Tabela 40: Critérios para avaliação da qualidade do concreto ... 106
Tabela 41: Massa específica, Absorção e Índice de Vazios obtidos nesta pesquisa e na pesquisa de (Angelin, 2018). ... 106
Tabela 42: Valores do módulo de elasticidade dinâmico do CAA com substituição de resíduo polimérico por brita... 107
Tabela 43: Ec a partir do Ed pelo método de Popovics (2008) do CCA com substituição de resíduo polimérico ... 109
Tabela 44: Módulo de elasticidade estático pela NBR 6118: 2014 do CAA com resíduo polimérico. ... 110
Tabela 45: Dados utilizados da amostra para cálculo e valores de resistividade elétrica volumétrica do CAA com resíduo polimérico... 111
Tabela 46: Probabilidade de corrosão em função da resistividade. ... 112
Tabela 47: Determinação do teor de argamassa ideal para concreto convencional ... 132
Tabela 48: Limite de abatimento no Slump-test ... 133
Tabela 50: Adição do agregado fino e aditivo superplastificante para a determinação de traço referência. ... 135
LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E SÍMBOLOS
ARI = Alta resistência Inicial IEV = Índice de estabilidade visual R = Resistência elétrica (Ω/m) A = Teor de ar
A = Área de seção transversal a/c = Relação água cimento
ABNT = Associação brasileira de normas técnicas ASTM = Society for Testing and Materials
C = Consumo de cimento C3A = aluminato tricálcio
CAA = Concreto autoadensável
CAA 0% = Concreto autoadensável com 0% de resíduo polimérico CAA 5% = Concreto autoadensável com 5% de resíduo polimérico CAA 10% = Concreto autoadensável com 10% de resíduo polimérico CAA 15% = Concreto autoadensável com 15% de resíduo polimérico CAA 20% = Concreto autoadensável com 20% de resíduo polimérico CAD = Concreto de alto desempenho
CaOH = Hidróxido de cálcio CAR = Concreto de alta resistência CCV = Concreto convencional CFC = Clorofluorcarbono CH2 = Metileno
cm = Centímetro
CNPq = Conselho Nacional de Pesquisa CO = Monôxido de carbono
CONAMA = Conselho nacional do meio ambiente CP = Corpo de prova
CPV = Cimento Portland V
CSH = silicato de cálcio hidratado E = Módulo de elasticidade
Ec = Módulo de elasticidade estático
Ed = Módulo de elasticidade dinâmico
EDS = Detector de elétrons secundários EPS = Poliestireno expandido
EPS = Poliestireno expandido ES = Elétron secundário
ETA = Estação de tratamento de água EUA = Estados unidos da América
Fck = Resistência à compressão do concreto
FTIR = Espectroscopia no Infravermelho IEV = Índice de estabilidade visual
ISO = International organization for standardization Kg/dm³ = Quilograma por decímetro cúbico
kg/m³ = Quilograma por metro cúbico L = comprimento
m²/kg = Metro quadrado por quilograma MD = Módulo de finura
ME = Massa específica
MEV = Microscópio eletrônico de varredura MFbr = brita Módulo de finura da brita
MFRP = Módulo de finura do resíduo polimérico
mm = Mílimetro MPa = Mega Pascal MU = Massa unitária NBR = Norma brasileira NDI = nafitileno di-isocianato NH3 = Amoníaco ou amônia O = Oxigênio
PET = polietileno tereftalato PET = Politereftalato de etileno ph = Potencial de hidrogênio PIB = Produto interno bruto
PNRS = Política Nacional de Resíduos Sólidos PPDI = parafenilenediisocianato
PPG = polipropileno glicol
PTMEG = politetrametileno glicol PU = Poliuretano
PVA = poliacetato de vinila PVC = Policloreto de vinila R' = Radical livre
REEE = Resíduos de equipamentos eletroeletrônicos RP = Resíduo polimérico
SA = Sílica ativa
SBR = Borracha de butadieno estireno SBR = Borracha de Estireno Butadieno SF = Slump flow test
SiO2 = Dióxido de sílica
TEI = Técnica de excitação por impulso TEM = Microscópio eletrônico de transmissão TPU = Elastômero termoplástico
UNIFEI = Universidade Federal de Itajubá VMA = aditivos modificadores de viscosidade ZTI = Zona de transição na interface
αe = Constante adimensional tipo de agregado μm = Micrômetro
ρ = Resistividade elétrica específica do material ρf = Massa específica
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ...1 1.1.Justificativa ...3 1.2.Objetivos ...3 1.2.1.Objetivo geral ...3 1.2.2.Objetivos específicos ...4 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ...52.1.Concreto autoadensável (CAA) - Definição...5
2.1.1.Composição e materiais do CAA ...6
2.1.2.CAA no estado fresco: avaliação da trabalhabilidade ... 16
2.1.3.CAA no estado endurecido ... 19
2.1.4.Vantagens do CAA ... 20
2.1.5.Aplicação e concretagem do CAA ... 22
2.1.6.Métodos de dosagem do CAA ... 24
2.1.7.Microestrutura do CAA ... 25
2.1.8.Módulo de elasticidade do CAA ... 27
2.1.9.Resistividade elétrica do CAA ... 31
2.2.Resíduo oriundo do Setor eletroeletrônico ... 33
2.2.1.Mercado dos refrigeradores no Brasil ... 34
2.2.2.Classificação e gestão dos resíduos sólidos ... 36
2.2.3.Gestão de resíduos de equipamentos eletroeletrônicos (REEE)... 39
2.2.4.Logística reversa e gestão dos resíduos sólidos ... 40
2.2.5.Ciclo de vida dos refrigeradores ... 43
2.2.6.Fases da reciclagem dos refrigeradores na indústria Fox ... 45
2.3.Estado da arte ... 48
2.3.1.Pesquisa nacional do CAA com resíduo ... 48
2.4.Revisão da literatura... 52
3. MATERIAIS E MÉTODOS ... 56
3.1.Materiais ... 56
3.1.1.Resíduo polimérico (RP) de refrigerador ... 60
3.2.Método de dosagem e produção dos traços ... 62
3.3.Ensaio do CAA estado fresco e endurecido ... 67
3.3.1.Ensaios no estado fresco ... 67
3.3.2.Ensaios no estado endurecido... 67
3.3.3.Ensaio de resistência à compressão axial ... 68
3.3.4.Ensaio de resistência à tração por compressão diametral ... 68
3.3.5.Ensaio de absorção de água, índice de vazios e massa específica ... 69
3.3.6.Módulo de elasticidade dinâmico (Ed) ... 69
3.3.7.Resistividade elétrica do concreto ... 72
3.3.8.Microscopia eletrônica de varredura (MEV) ... 72
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 74
4.1.Resultado da caracterização dos agregados ... 74
4.1.1.Agregado miúdo ... 74
4.1.2.Agregado graúdo ... 76
4.1.3.Resíduo polimérico (RP) de refrigerador ... 77
4.2.Propriedades no estado fresco ... 84
4.2.1.Massa específica, consumo de cimento e teor de ar do concreto no estado fresco .. 84
4.2.2.Ensaio de espalhamento (Slump flow test) ... 86
4.2.3.Tempo de escoamento (Slump flow test T500) ... 88
4.2.4.Índice de estabilidade visual (IEV)... 90
4.2.5.Viscosidade plástica aparente (funil V) ... 92
4.2.6.Habilidade passante (Caixa L) ... 93
4.3.1.Ensaio de resistência à compressão longitudinal... 99
4.3.2.Ensaio de resistência à tração por compressão diametral ... 102
4.3.3.Ensaio de absorção de água, índice de vazios e massa específica ... 103
4.3.4.Módulo de elasticidade dinâmico (Ed) ... 107
4.3.5.Estimativas do módulo de elasticidade estático (Ec ) ... 108
4.3.6.Resistividade elétrica do concreto ... 111
4.3.7.Análise microestrutural ... 113
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS... 118
6. CONCLUSÕES ... 120
6.1.Sugestão para trabalhos futuros ... 121
7. Bibliografia ... 122
1. INTRODUÇÃO
Concreto é o material de construção civil mais largamente utilizado em todo mundo. Como um resultado progressivo na tecnologia, construções sustentáveis tem se tornado uma parte indispensável da civilização (GÜNEYISI, GESOGLU, et al., 2015). O concreto de forma geral é um material que o comportamento depende de suas fases constituintes, tais como: agregado, pasta de cimento, e interface pasta agregado.
Com a crescente demanda de estruturas mais resistentes e duráveis, o desenvolvimento do concreto como tecnologia se fez necessário. Assim surge o concreto autoadensável (CAA) que foi desenvolvido no final dos anos oitenta, no Japão, objetivando aumentar a durabilidade de estruturas e pode ser considerado um desenvolvimento do tipo tradicional do concreto convencional (OKAMURA e OUCHI, 2003). Um dos principais motivos de sua utilização era a obtenção de um material que não necessitasse de compactação ou vibração para adensar e preencher as formas, tendo seu adensamento garantido exclusivamente pelo seu peso próprio (OKAMURA e OUCHI, 2003). Há uma grande quantidade de trabalho tem sido reproduzida e há importantes trabalhos que visão a aplicação do CAA e sua utilização em larga escala (BOGAS, GOMES e PEREIRA, 2012).
O CAA possui alta fluidez e coesão, o que permite um espalhamento e compactação, a partir do seu próprio peso, sem nenhum trabalho de vibração (OKAMURA e OUCHI, 2003). O CAA pode facilmente preencher pequenos interstícios, bem como assumir formas complexas; além de ser possível seu bombeamento para longas distâncias (GÜNEYISI, GESOGLU, et al., 2015). Limitando a quantidade e a dimensão máxima do agregado graúdo, usando aditivos químicos, tais como, aditivos modificadores de viscosidade (VMA) e aditivos redutores de água de alto desempenho (superplastificantes), incorporando adições minerais, e usando baixa relação água cimento são práticas comuns para se chegar na alto compactabilidade requerida para o CAA (GÜNEYISI, GESOGLU, et al., 2015).
Na maioria das situações, o CAA convencional é produzido usando alto consumo de cimento. Por esse motivo, alguns problemas patológicos tais como, alto calor de hidratação, grande retração e elevado custo podem ser introduzidos na sua execução. Isso pode contribuir em aumentar os impactos ambientes devido ao consumo exagerado de recursos naturais,
associados principalmente com a emissão de óxidos de carbono (monóxido e dióxido de carbono) devido à produção de cimento (JALAL, MANSOURI, et al., 2012; GÜNEYISI, GESOGLU, et al., 2015).
Uma forma de tornar o concreto menos agressivo ao meio ambiente é utilizando adições minerais, tais como: sílica ativa, cinza volante, argila expandida, materiais reciclados de origem polimérica (borrada de pneu, PVC, PVA, SBR entre outros). A adição de agregados similares a estes, pode ser uma forma de diminuir o custo da produção e impacto ambiental do CAA, devido à diminuição do conteúdo de cimento e agregados naturais (GÜNEYISI, GESOGLU, et al., 2015; ANGELIN, LINTZ e GACHET, 2018; MOHAMMEDA, 2019).
Na literatura, é reportado que a utilização de adições minerais e/ou agregados reciclados não convencionais, aumenta a propriedade de alta compactação do CAA, bem como propriedades mecânicas e de durabilidade (ZHU e BARTOS, 2003; GESOGLU e OZBAY, 2007; GUNEYISI, 2010; R. MADANDOUST, 2012 GÜNEYISI, GESOGLU, et al., 2015; SADRMOMTAZI, 2016; ASLANI, 2018). Dal Molin (2009) investiga a influência do SA no processo de corrosão de concretos armados. Angelin (2018) investiga a adição de borracha de pneu e agregados leves, como argila expandida nas propriedades frescas e endurecidas do CAA. Ruizhe Si (2018) investiga o desempenho de CAA fresco e endurecido com adição de borracha com e sem tratamento superficial de hidróxido de sódio como resultados encontrar que o CAA manteve boa trabalhabilidade e propriedades mecânicas além de melhora na durabilidade. Jose Sainz-Aja (2019) investiga a incorporação de resíduos de lastros e dormentes de pavimentos antigos como agregado no CAA. Seus resultados mostram que esse tipo de agregado pode ser usado como agregado na execução de CAA, principalmente na construção de pavimentação.
A produção de concretos sustentáveis que vise diminuir a geração de resíduos da construção civil, e utilizando com isso outros resíduos que sejam próprios da construção civil ou não, também é tendência no campo de pesquisa e que trás muitos benefícios para sociedade como um todo (SIDDIQUE, 2008). Inserido neste contexto, um resíduo que é pouco explorado quanto à reciclagem e que é gerado em grandes quantidades em todos os centros urbanos é o lixo eletroeletrônico que é objeto desta pesquisa e que será incorporado nos traços de concretos autoadensáveis desenvolvidos.
A categoria de resíduos de equipamentos eletroeletrônicos é a que mais cresce ao redor do mundo (AWASTHI A.K., 2018). E em números, segundo pesquisa de Baldé (2017), sua geração é superior a 45 milhões de toneladas por ano. É possível se fazer uma classificação em sete categoriais de equipamentos eletroeletrônicos tendo como base a Diretiva Europeia e especificações de práticas que são: eletrodomésticos, eletroeletrônicos, monitores, informática e telecomunicações, fios e cabos, pilhas e baterias, e lâmpadas (DIRETIVAEUROPEIA, 2018).
Este trabalho de pesquisa foi desenvolvido por meio de revisão da literatura e parte prática/experimental. Os principais meio de embasamento teórico foram: teses, dissertações, artigos e sites especializados no assunto. Grande parte desta pesquisa foi desenvolvida por meio de experimentos práticos no laboratório, como: caracterização dos materiais, desenvolvimento de traços e ensaios mecânicos, físicos e revelação da microestrutura. As análises dos dados foram feitas através de análise quantitativa, os dados numéricos coletados foram ordenados e comparados. Como produto final, espera se produzir CAA com resíduo de eletrodomésticos de refrigeradores (REEE) como uma alternativa para um descarte ambientalmente adequado.
1.1. Justificativa
Estudos que aliam o desenvolvimento do concreto como tecnologia e ao mesmo tempo contenham soluções ambientais, para descarte de resíduos sólidos são muito relevantes para desenvolver ecologicamente a infra e superestrutura das cidades. Visto que, o concreto é material mais utilizado no mundo, sendo fundamental na maioria das construções. A originalidade deste trabalho se baseia no fato de que este tipo de resíduo é pouco explorado quanto à reciclagem e fonte de matéria prima para produção de novos materiais. Com isso, esta pesquisa visa avaliar concreto autoadensável modificado pela substituição de brita por resíduo polimérico, proveniente da reciclagem de refrigeradores.
1.2. Objetivos
1.2.1. Objetivo geral
Avaliar a obtenção de concreto autoadensável (CAA) com resíduo polimérico de refrigeradores substituindo em proporções a brita, e caracterizar suas principais propriedades no estado fresco e no estado endurecido.
1.2.2. Objetivos específicos
Para atingir o objetivo geral deste trabalho, foi necessário:
Fazer uma revisão crítica do estado atual das pesquisas de CAA com substituição de resíduos por agregado.
Elaborar traços de CAA que permitam a substituição de resíduos reciclados de refrigeradores;
Realizar ensaios que permitam a caracterização das propriedades mecânica, físicas e revelação da microestrutura dos concretos produzidos;
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1. Concreto autoadensável (CAA) - Definição
O Concreto Autoadensável (CAA) foi desenvolvido no Japão na década de 80 por Okamura devido à necessidade de se produzir um concreto mais durável, de alta resistência e boa trabalhabilidade para aplicação em estruturas com alta densidade de armaduras e de difícil acesso (OKAMURA e OUCHI, 2003). O CAA é um concreto inovador que não requer vibração para compactação. É capaz de fluir sob seu próprio peso, preenchendo completamente a forma de concretagem e alcançando compactação total, mesmo na presença de reforço congestionado. O concreto endurecido é denso, homogêneo e possui geralmente as mesmas propriedades de engenharia e durabilidade do concreto vibrado tradicional (EFNARC, 2005).
Um tipo de concreto que requer pouca vibração ou compactação já é usado na Europa desde o início dos anos 1970, mas o concreto autoadensável foi desenvolvido somente no final dos anos 80 no Japão. Na Europa, provavelmente foi usado pela primeira vez em obras civis para redes de transporte na Suécia em meados da década de 1990. Entre os anos de 1997 a 2000 a Comunidade Europeia financiou um projeto multinacional, entre os líderes da indústria da construção civil e, desde então, o CAA encontrou um uso crescente em todos os países europeus (EFNARC, 2005).
Segundo a EFNARC (2002) o CAA possui características distintas que são:
Habilidade de preenchimento (Filling ability): ser capaz de preencher completamente a forma de trabalho sem nenhuma intervenção mecânica; Habilidade passante (Passing ability): manter estabilidade ou homogeneidade
entre seus materiais constituintes, mesmo em locais densamente armados e fazendo uso somente do seu próprio peso.
Resistência à segregação (Segregation resistance): capacidade de manter o agregado graúdo em suspensão e a água de amassamento em equilíbrio no interior da mistura.
A principal atratividade do seu uso é a facilidade de manuseio e aplicação. A habilidade de preenchimento das fôrmas se dá exclusivamente por meio da ação da gravidade, sem nenhuma interferência mecânica ou manual. Ao se trabalhar com concretos mais fluidos,
tem-se como consequência redução no tempo de manuseio e adensamento, ocasionando maior produtividade e menor custo final na operação de concretagem (KARAHAN, 2013; YUNG, 2013).
Para manter as características do concreto autoadensável é necessário usar de superplastificantes, adições minerais, materiais finos e alto teor de argamassa. Isso resulta em uma maior coesão e fluidez da pasta, porém, em contrapartida tem-se um concreto que absorve menos energia, ou seja, um material mais rígido (KWASNY, 2012; RAHMAN, 2012).
O concreto autoadensável é projetado para ter alta fluidez combinado com características de coesão que garantem que o agregado seja uniformemente suspenso e não segregado. O uso de vibradores afetará esse equilíbrio e geralmente levará a uma segregação significativa (EFNARC, 2002).
2.1.1. Composição e materiais do CAA
Os materiais constituintes do CAA são os mesmos usados no concreto convencional: cimento Portland, agregado miúdo, agregado graúdo, e água. Contudo é usual que se use no CAA uma maior quantidade de materiais de granulometria finas (agregado miúdo e materiais em forma de pó) para se alcançar as características no estado fresco requeridas para o CAA. O CAA demanda o uso de adições com características especiais como aditivos superplastificantes e modificadores de viscosidade. (GOMES; BARROS, 2009; TUTIKIAN; DAL MOLIN, 2015, XAVIER, 2018). Para se assegurar da correta uniformidade e consistência do CAA, adicional cuidado é necessário e as etapas de execução do traço devem ser monitoradas. Deve haver um controle de modo a aumentar a tolerância de restrição para variações das características dos materiais empregados (EFNARC, 2005).
O CAA se diferencia do concreto convencional somente por características reológicas no estado fresco. Além disso, todos os materiais utilizados na confecção do concreto convencional podem ser utilizados no CAA, no entanto existem algumas recomendações especiais. Tais como: maior adição de finos e uso de aditivos superplastificante e em algumas ocasiões aditivos modificadores de viscosidade (MVA) (BORJA, 2011).
Há necessidade de maior teor de finos passantes na peneira 200 mesh (75 μm) e controle quanto ao uso de agregados graúdos de granulometria acima de 19 mm e um maior
teor de argamassa (SANTOS e SILVA, 2009). Os aditivos superplastificantes de 3º geração à base de éteres policarboxílicos proporcionam alta fluidez e baixa relação água/cimento na produção de concretos e são recomendados seu uso em CAA (SOUZA, 2003). As adições minerais e/ou aditivos modificadores de viscosidade quando adicionados para a produção do CAA promovem melhor fluidez (habilidade passante) e auxiliam na coesão da mistura (resistência à segregação) (BORJA, 2011).
Citado por Okamura e Ouchi (2003) a Figura 1, exibe de forma simplificada a diferenciação entre a composição volumétrica do CAA e o concreto convencional.
Figura 1: Comparação da composição da mistura entre CAA e concreto convencional (Fonte: (OKAMURA e OUCHI, 2003).
A seguir são levantados alguns pontos importantes a cerca da dosagem de CAA de forma resumida (REPETTE, 2008).
a) Uso de aditivo superplastificante à base de ácido policarboxílico (3ª geração);
b) Consumo de materiais finos ou teor de finos (diâmetro ≤ 75 μm) entre 400 kg/m³ a 600 kg/m³;
c) Entre 0,80 e 1,10 a relação de água/finos totais;
d) Na ausência de finos ou em adição a esses, o uso de aditivo promotor (ou modificador) de viscosidade é interessante. Sendo que seu uso em CAA não é obrigatório;
e) O uso de agregados graúdos com dimensões de até 10 mm de diâmetro pode ocasionar em concretos mais baratos e qualidades superiores aos que não fizeram uso do agregado graúdo;
f) De forma geral, a faixa de utilização para o agregado miúdo está compreendida em volume entre 35% e 50%, e o agregado graúdo entre 25% a 35% em volume.
A água de amassamento para produção do CAA não tem necessariamente requisitos específicos. Sendo sua utilização igual a do concreto convencional. Contudo, uma característica do CAA é a baixa relação água/cimento que consiste em substituição de parte da água por superplastificante. Visando com isso atingir parâmetros estabelecidos de trabalhabilidade e coesão no estado fresco; resistência e durabilidade no estado endurecido (BORJA, 2011).
2.1.1.1. Cimento no CAA
Todos os tipos de cimento podem ser utilizados para a produção de CAA, alguns tipos específicos de cimentos irão variar devido a necessidades especiais requeridas para um determinado concreto, tais como resistência a compressão longitudinal e durabilidade (EFNARC, 2005). No momento da escolha do concreto é importante levar em considerações duas características do cimento que são a granulometria e a quantidade de aluminato tricálcio (C3A). O uso de cimentos com superfícies específicas elevadas é preferível, pois, contribui
para uma melhor hidratação dos grãos de cimento. Que por serem menores, entram em contato com a água mais facilmente. Isso por sua vez, contribui para reduzir a tensão superficial de escoamento e tem como resultado diminuição da viscosidade. Com relação ao conteúdo de C3A é recomendado uso de cimentos com até 10% de C3A. Pois, altos teores de
C3A resultam maior dificuldade do controle da trabalhabilidade, e pode ocorre retardamento
no processo de cura do concreto (GJORV, 1992 apud TUTIKIAN; DAL MOLIN, 2015; XAVIER, 2018).
É frequente a utilização de consumo de cimento variando de 350 a 450 kg/m³. Consumos de cimento acima de 500 kg/m³ podem causar grandes retrações. Já consumos de cimento menores que 350 kg/m³ podem penas serem adequados com a inclusão de outros materiais finos cimentantes, tal como cinza volante e pozonala (FONTE:EFNARC, 2005). 2.1.1.2. Agregados no CAA
Os agregados apresentam características e propriedades de grande importância na produção do concreto, sendo as principais: porosidade, granulometria, absorção de água, forma e textura superficial, resistência à compressão, módulo de elasticidade, presença de
substâncias deletérias, dentre outras. Tais características estão relacionadas com propriedades do concreto tanto no estado fresco quanto endurecido, tais como: trabalhabilidade, coesão, resistência mecânica, estabilidade dimensional e durabilidade (MEHTA; MONTEIRO, 2014). Devem ser tomados cuidados adicionais no monitoramento da umidade, absorção de água, classificação e às variações na quantidade de finos (GOMES e BARROS, 2009).
Nota: agregados com partículas menores que 0,125 mm são considerados como parte do material fino ou teor de pó do CAA. O teor de umidade, a absorção de água, a classificação e as variações no teor de finos de todos os agregados devem serem monitorados de perto e continuamente devem ser levados em consideração para produzir um CAA de qualidade constante. A distribuição da forma e do tamanho das partículas do agregado é muito importante e afeta o conteúdo da embalagem e dos vazios (EFNARC, 2005).
De forma geral, os agregados para produção de CAA devem atender aos mesmos requisitos que os agregados utilizados em concretos convencionais. Segundo Mehta e Monteiro (2014), por muito tempo os agregados foram tratados apenas como material de enchimento para o concreto, por serem componentes baratos em relação aos outras matérias utilizados no concreto e também por não produzirem reações químicas complexas quanto em contato com água. Entretanto, os agregados vêm sendo estudados, e sua visão de material inerte tem sido contrariada (EFNARC, 2005).
Agregados leves têm sido usados com sucesso, mas é importante se tomar cuidado com a migração do mesmo para a superfície se a viscosidade da pasta for baixa e isso não for detectado pelo teste de resistência à segregação da peneira (EFNARC, 2005).
O espaçamento do reforço é o principal fator na determinação do tamanho máximo agregado. O agregado que bloqueie o fluxo de concretagem deve ser evitado, pois o CAA deve fluir através da armação de reforço e o teste caixa L é indicativo da capacidade de verificação de uma mistura de CAA. O tamanho máximo do agregado geralmente deve ser limitado de 12 mm a 20 mm, embora tamanhos maiores estejam sendo usados (EFNARC, 2005).
Areia ou agregado fino: A influência de agregados finos nas propriedades frescas do CAA é significativamente maior que a do agregado graúdo. As frações de partículas com diâmetros inferiores a 0,125 mm devem serem incluídas como o teor de finos da pasta e
também devem ser levadas em consideração no cálculo da relação água e cimento (EFNARC, 2005).
O alto volume de pasta ou argamassa nas misturas de CAA ajuda a reduzir o atrito interno entre as partículas de areia, mas uma boa distribuição de tamanho de grão ainda é muito importante. Muitos métodos de mistura de CAA usam areias combinadas para corresponder a uma curva de classificação agregado otimizada e isso também pode ajudar a reduzir o conteúdo da pasta (EFNARC, 2005).
Os agregados miúdos podem ser utilizadas tanto as areias naturais, quanto as areias oriundas de processos industriais, sendo que as naturais são mais indicadas pois possuem textura mais lisa e forma mais arredondada, o que acarreta um aumento de fluidez na mistura e partículas de agregados miúdos mais angulosas possibilitam uma maior resistência ao cisalhamento das argamassas (OKAMURA; OUCHI, 2003; TUTIKIAN; DAL MOLIN, 2015). A Figura 2 mostra a influência da forma da areia sobre a tensão de cisalhamento do concreto.
Figura 2: Influência de três tipos de areia sobre a tensão de cisalhamento da mistura de CAA quando em movimento (Fonte: Okamura e Ouchi, 2003)
Também deve ser levado em consideração o módulo de finura do agregado miúdo, pois quanto mais fino (maior a área superficial) mais propício ele será para o desenvolvimento da coesão. Entretanto, segundo a EFNARC (2005), as partículas de agregados passantes da peneira 0,125 mm devem ser classificadas como fíler na dosagem dos CAA.
Se tratando do volume de agregados do CAA, Gomes e Barros (2009), indicam um volume de agregado graúdo que varie entre 28 % e 35 %, em relação ao volume do concreto,
com consumos entre 750 e 920 kg/m³. E para os agregados miúdos é recomendado um volume entre 40% e 50% do volume de concreto, com consumos aproximados de 710 a 900 kg/m³.
2.1.1.3. Adições minerais no CAA
As adições minerais podem fazer parte da composição do CAA trabalhando como material fino (EFNARC, 2002). Elas auxiliam no aumento da porcentagem de argamassa como é ilustrado na Figura 1, em que a porções indicadas como cimento e areia representam os agregados que formam a argamassa.
As adições são materiais de origem mineral e tem sua composição a partir de minerais sílicos ou sílico-aluminosos, frequentemente em forma de pó. As adições com características cimentantes ou pozolânica são adicionadas nos concretos em quantidades variáveis em relação à massa do cimento, entre 10% e 100%. A fim de melhorar algumas características da argamassa e trabalhar em conjunto com o cimento, no processo de aglutinação dos agregados (BORJA, 2011).
Devido aos requisites específicos para as propriedades no estado fresco do CAA, adições do tipo inertes, pozolânicas e cimentantes são comumente usadas para promover e manter a coesão e resistência à segregação. As adições também iram diminuir a quantidade de cimento e com isso reduzir o calor de hidratação e contração térmica.
As adições são classificadas de acordo com sua reatividade com a água como é mostrado na Tabela 1.
Tabela 1: Classificação das adições minerais de acordo com reatividade com a água Tipo I Inerte ou semi-inerte Mineral filler (calcário, dolomita)
Pigmentos
Tipo II Pozolânico
Cinza Volante Sílica ativa
Hidráulica Escória granulada de alto forno. Fonte: Adaptado de EFNARC, 2005.
Fillers minerais: A distribuição dos tamanhos das partículas, forma e absorção de água dos fillers minerais podem afetar a demanda de água usada na fabricação do CAA. A faixa de granulometria mais vantajosa é que menor que 0,125 mm e, em geral, é desejável que mais de 70% passem por uma peneira de 0,063 mm.
Cinza volante: As cinzas volantes tem se mostrado uma efetiva adição para o CAA promovendo aumento da coesão e reduzindo a sensibilidade para mudanças na quantidade de água. Contudo, altos níveis de cinza volante podem produzir uma fração de pasta que é tão coesiva que pode ser resistente para fluir.
Sílica ativa: A sílica ativa possui alto nível de finura e forma praticamente esférica e seu uso resulta em boa coesão e melhora a resistência a segregação.
Escória do alto-forno: A escória granulada do alto-forno moída fornece finos reativos com um baixo calor de hidratação. Ela já está presente em alguns cimentos, exemplo: Cimento Portland II-E-32. Mas também está disponível como adição em alguns países e pode ser adicionado no momento da execução do traço.
As adições mineiras também podem ser classificadas de acordo com sua ação físico-química, em três classes ou grupos distintos: material pozolânico, material cimentante e filler (DAL MOLIN, 2005).
Material pozolânico: material sílicos ou sílico-aluminoso são materiais que sozinhos possuem pouco ou nenhuma propriedade cimentícia ABNT NBR 12653:2015. Mas quando em granulometria adequada e em contado com água reagem com hidróxido de cálcio em temperatura ambiente, formando compostos com propriedades cimentantes ABNT NBR 12653:2015. E esta reação química é denominada de reação pozolânica. Como exemplo, pode-se citar a cinza volante com baixo teor de cálcio, pozolana natural, sílica ativa, cinza de casca de arroz e o metacaulim (DAL MOLIN, 2005).
Material cimentante: são materiais que devidamente hidratados por si só são capazes de formar produtos cimentantes, pois já possuem em sua composição o hidróxido de cálcio (CaOH) ABNT NBR 12653:2015. Com isso, esse tipo de material não depende do hidróxido de cálcio (CaOH) que está presente no cimento Portland para forma o silicato de cálcio hidratado CSH (subproduto das reações de hidratação do cimento que fornece resistência mecânica). No entanto, de modo geral, os materiais cimentantes possuem uma auto hidratação muito lenta. Com isso a quantidade de produtos cimentantes formados é insuficiente, e isso dificulta sua aplicação para fins estruturais, como é o caso da escória granulada de alto forno (DAL MOLIN, 2005).
Filler: adição mineral sem atividade química, sua ação na mistura do concreto se resume em um efeito de empacotamento granulométrico, já que possui granulometria fina. Também desempenha ação como pontos de nucleação para a hidratação dos grãos de cimento (DAL MOLIN, 2005).
Quando introduzidas no concreto no estado fresco as adições minerais do tipo pozolânica reagem quimicamente com o hidróxido de cálcio e geram como produto, uma quantidade adicional de silicato de cálcio hidratado (CSH) que desempenha papel importante no ganho de resistência do concreto no estado endurecido. (BORJA, 2011).
Para melhor representar o efeito que as adições minerais exercem na pasta de cimento, a Figura 3 trás três situações. A primeira contendo somente cimento portland e água, já na segunda há a introdução do superplastificante e na terceira de adição mineral (CORDEIRO, 2006).
Figura 3: Representação esquemática de: partículas de cimento Portland em pastas sem aditivos (a);com aditivos superplastificantes (b) e, com superplastificante e aditivo mineral de elevada finura (c) (Fonte: adaptado de
CORDEIRO, 2006).
No CAA, as adições minerais exercem função de dar estabilidade ou coesão. Elas preenchem os vazios, com isso é possível maior estabilidade a todo sistema. Além do mais, sendo essa adição do tipo cimentante ou pozolânica, podem contribuir para a formação de compostos resistentes no material endurecido (BORJA, 2011).
Na Tabela 2 é apresentado um resumo das principais características das adições minerais e suas consequências, tanto no estado fresco e endurecido, como em substituição ao cimento no concreto autoadensável (TUTIKIAN e DAL MOLIN, 2006).
Tabela 2: Características e consequências do emprego de adições minerais nas propriedades do CAA
Adição
mineral Cinza Volante Escória de alto-forno Sílica ativa Metacaulim Cinza de casca de arroz
Origem Calcinação de carvão pulverizado em usinas termoelétricas, como objetivo de gerar energia Subproduto não-metálico resultante do processo de obtenção do ferro gusa Subproduto resultante de processo de obtenção do ferro-silíco e do sílico metálico Calcinação de alguns tipos especiais de argila ou obtido através do tratamento do resíduo da indústria de papel Calcinação da casca de arroz Forma e
textura Esférica e lisa
Prismática e
áspera Esférica e lisa Prismática e áspera Alveolar e áspera
Massa específica (kg/m³) 2350 - 2200 2400 2200 a 2600 Superfície específica (m³/kg) 300 a 700 300 a 700 13000 a 30000 Variável em função da moagem 50000 a 100000 Tamanho médio das partículas Variável em função da moagem Variável em função da moagem 0,1 a 0,2 μm Variável em função da moagem Variável em função da moagem Efeito no CAA fresco quando utilizado como substituição ao cimento Aumento da coesão, redução da exsudação e segregação, melhores condições de fluidez em função do formato esférico das partículas, normalment reduz o consumo de superplastificante Aumento da coesão, redução da exsudação e segregação, não contribui para a fluidez em função da forma e textura das partículas, pouco altera o consumo de superplastificante Elevadíssimo aumento da coesão, redução acentuada da exsudação e segregação, melhores condições de fluidez em função do formato esférico das pastículas, aumento do consumo de superplastificante, teores acima de 5% da massa do cimento Grande aumento da coesão, redução acentuada da exsudação e segregação, não contribui para fluidez em função da forma e textura das partículas, aumento do consumo de superplastificante Elevadíssimo aumento da coesão, redução acentuada da exsudação e segregação, piores condições de fluidez em função da forma e textura das partículas, elevado aumento no consumo de superplastificantes Efeito no CAA endurecido quando utilizado como substituição ao cimento Pequena alteração da resistência à compressão e aumento da durabilidade Pequena alteração da resistência à compressão e aumento da durabilidade Melhora notável da resistência à compressão e da durabilidade Melhora notável da resistência à compressão e da durabilidade Melhora notável da resistência à compressão e da durabilidade Fonte: BORJA, 2011. 2.1.1.4. Aditivos no CAA
Superplastificantes ou aditivos redutores de água são componentes essenciais do CAA. Os aditivos modificadoras de viscosidade (VMA) também podem ser usados para ajudar a reduzir a segregação e a sensibilidade da mistura devido a variações em outros constituintes,
especialmente no teor de água. Outros aditivos, incluindo incorporadores de ar, aceleradores e retardadores do tempo de pega, podem ser usados da mesma maneira que no concreto vibrado tradicional, mas deve-se tomar o cuidado e procurar o fabricante do produto para verificar o tempo e quantidade ideal para adição (EFNARC, 2005).
A escolha da mistura para desempenho ideal pode ser influenciada pelas propriedades físicas e químicas do tipo de adição. Por exemplo: fatores como finura, teor de carbono, álcalis e C3A podem ter efeito (EFNARC, 2005).
Superplastificante ou Aditivos redutores de água: A mistura deve proporcionar a necessária redução de água e adequada fluidez, mas também deve manter seu efeito dispersante durante o tempo necessário para o transporte e a aplicação. A retenção de consistência necessária dependerá do tipo de aplicação. É provável que o concreto pré-fabricado exija um tempo de retenção menor do que o concreto trabalhado no local da obra (in-loco) (EFNARC, 2005).
Aditivos modificadores de viscosidade (VMA): Os aditivos que modificam a coesão do CAA sem alterar significativamente sua fluidez são chamadas de VMA. Esses aditivos são usados no CAA para minimizar o efeito de variações no teor de água, finos e agregados miúdos ou na distribuição do tamanho dos grãos, tornando o CAA menos sensível a pequenas variações nas proporções. No entanto, eles não devem ser considerados como uma maneira de evitar a necessidade de um bom traço de mistura e seleção cuidadosa de outros componentes do CAA (EFNARC, 2005).
Aditivos incorporadores de ar: Estes podem ser usados na produção de CAA para melhorar a durabilidade do congelamento e degelo. Eles também são usados para melhorar o acabamento de lajes planas e a incorporação de ar é particularmente útil na estabilização de baixo teor de pó e menor resistência do CAA (EFNARC, 2005).
Fibras: Com relação ao uso de fibras, pode se dizer que as fibras metálicas e poliméricas têm sido usadas na produção de CAA, mas de modo geral, podem reduzir a fluidez e a capacidade de passagem. Portanto, são necessários ensaios para estabelecer o tipo, comprimento e quantidade ideais para fornecer todas as propriedades necessárias ao concreto fresco e endurecido. As fibras de polímero podem ser usadas para melhorar a estabilidade do CAA, pois ajudam a evitar fissuração e rachaduras devido ao encolhimento plástico do concreto (EFNARC, 2005).
As fibras estruturais de aço ou polímero longo são usadas para modificar a ductilidade e tenacidade do concreto temperado. Seu comprimento e quantidade são selecionados dependendo do tamanho máximo do agregado e dos requisitos estruturais. Se forem utilizados como substitutos do reforço normal, o risco de bloqueio não é mais aplicável, mas deve-se enfatizar que o uso de CAA com fibras em estruturas com reforço normal aumenta significativamente o risco de bloqueio. Entende se bloquei como o impedimento do fluxo de concreto (EFNARC, 2005).
Água de mistura: É recomendado o uso de água potável proveniente de fonte de tratamento devidamente regulamentado. A água reciclada, recuperada de processos na indústria do concreto, pode ser utilizada. O tipo e conteúdo e, em particular, qualquer variação no conteúdo de partículas em suspensão deve ser levada em consideração, pois isso pode afetar a uniformidade da mistura (EFNARC, 2005).
2.1.2. CAA no estado fresco: avaliação da trabalhabilidade
O CAA por ser uma inovação, foi desenvolvido todo um conjunto de equipamentos para se medir suas características quanto suas propriedades no estado fresco. Para cada propriedade que deseja se mensurar são recomendados grupos de aparelhos que dentro de suas limitações podem dar um bom parâmetro quanto à trabalhabilidade (TUTIKIAN, 2004).
Muitos métodos de ensaio diferentes foram desenvolvidos na tentativa de caracterizar as propriedades do CAA. Até o momento, nenhum método ou combinação de métodos alcançou aprovação universal. Desta forma, de modo a testar as principais propriedades do CAA, vários métodos de teste alternativos para os diferentes parâmetros devem ser testado em conjunto. A Tabela 3 mostra uma lista de ensaios recomendados para se medir a trabalhabilidade do CAA no estado fresco (EFNARC, 2002).
Tabela 3: Lista de ensaios alternativos para mensurar propriedades de trabalhabilidade do CAA
Ensaio Propriedades
Espalhamento –
Slump-flow por Abrams cone Habilidade de preenchimento (Filling ability)
Viscosidade plástica aparente –
T500 Slump flow Habilidade de preenchimento (Filling ability)
Habilidade passante pelo anel JJ-ring Habilidade passante (Passing ability) Viscosidade plástica aparente pelo funil V
–
V-funnel Habilidade de preenchimento (Filling ability)
V-funnel at T 5minutos Resistência à segregação (Segregation resistence)
Habilidade passante pela caixa U - U-Box Habilidade passante (Passing ability) Habilidade de enchimento de caixa –
Fill-box Habilidade passante (Passing ability)
GTM screen stability test Resistência à segregação (Segregation resistence)
Orimet Habilidade de preenchimento (Filling ability)
Fonte: Adaptado de EFNARC, 2002.
Os principais ensaios utilizados em trabalhos acadêmicos são: Slump Flow, Slump Flow T50, V-Funnel e Lbox. Pois, em conjunto dão uma boa noção das principais características do CAA no estado fresco: fluidez, habilidade passante, e resistência à segregação (TUTIKIAN, 2004).
Para garantir a adequada trabalhabilidade do CAA é preciso que todos os três parâmetros de trabalhabilidade sejam avaliados por um ou por mais de um ensaio. Na Tabela 4 é mostrado a relação de propriedade de trabalhabilidade e os possíveis ensaios que as medem, bem como o local apropriado para ser realizado o ensaio (EFNARC, 2002).
Tabela 4: Propriedades de trabalhabilidades do CAA e possíveis ensaios para mensura-las.
Propriedades
Método de teste Laboratório -
Execução do traço Teste de qualidade Canteiro de obras -
Modificação no teste de acordo com tamanha máx. do agregado Habilidade de preenchimento
Slump flow Slump flow
Nenhum
T500 slump flow T500 slump flow
V-funnel V-funnel
Máx. 20 mm
Orimet Orimet
Habilidade passante
L-box
J-ring Diferentes aberturas na L-box, U-box e
J-ring
U-box Fill-box
Resistência à segregação GMT test GMT test Nenhum
V-funnel em T5min V-funnel em T5min
Fonte: Adaptado de EFNARC, 2002.
A Tabela 5 resume os valores mínimos e máximos de acordo com ABNT NBR 15823-1:2017. Os valores limites devem ser respeitados para que o concreto seja classificado como CAA.
Tabela 5: Métodos de ensaio para CAA no estado fresco segundo a ABNT NBR 15823:2017
Espalhamento – Slump Flow (sob fluxo livre)
Classe Espalhamento (mm) Método de
ensaio SF 1 550 a 650 ABNT NBR 15823-2 SF 2 660 a 750 SF 3 760 a 850
Viscosidade plástica aparente – Slump Flow T500 (sob fluxo livre)
Classe t500 (s) Método de
ensaio
VS 1 ≤ 2 ABNT NBR
15823-2
Vs 2 ˃ 2
Índice de estabilidade visual (sob fluxo livre)
Classe IEV Método de
ensaio
IEV 0 Sem evidência de segregação ou exsudação
ABNT NBR 15823-2
IEV 1 Sem evidência de segregação e leve exsudação
IEV 2 Presença de pequena auréola de argamassa (≤ 10mm) e/ou
empilhamento de agregados no centro do concreto
IEV 3
Segregação claramente evidenciada pela concentração de agregados no centro do concreto ou pela dispersão de argamassa nas extremidades (>
10mm)
Habilidade passante pelo anel J (sob fluxo livre)
Classe Anel J (mm) Método de
ensaio
PJ 1 0 a 25 com 16 barras de aço ABNT NBR
15823-3
PJ 2 25 a 50 com 16 barras de aço
Habilidade passante pela caixa L – L Box (sob fluxo livre)
Classe Caixa L (H2/H1) Método de
ensaio
PL1 ≥0,80, com duas barras de aço ABNT NBR
15823-3
PL2 ≥0,80, com três barras de aço
Habilidade passante pela caixa U (sob fluxo confinado) - Ensaio facultativo
Classe Caixa U (H2 - H1) Método de
ensaio
PU ≤ 30mm ABNT NBR
15823-4
Viscosidade plástica aparente pelo funil V (sob fluxo confinado)
Classe Funil V (s) Método de
ensaio
VF 1 ˂ 9 ABNT NBR
15823-5
VF 2 9 a 25
Resistência à segregação pela coluna de segregação
Classe Material retido na peneira (%) Método de
ensaio
TP 2 ≤ 15 15823-6 Fonte: Adaptado de (ABNT NBR 15823:2017).
A Figura 4 com base na ABNT NBR 15823-2:2017, auxilia na determinação do IEV, mostrando uma vista em planta e corte longitudinal de uma ilustração de concreto.
Figura 4: Classes de índices de estabilidade visual adaptado de (Fonte: ABNT NBR 15823-2:2017).
2.1.3. CAA no estado endurecido
No estado endurecido, o CAA assim como os concretos convencionais está sujeito aos mesmos parâmetros de avaliação ou ensaios ditados pela associação brasileira de normas técnicas, tais como: ensaio de compressão, tração e flexão. As propriedades finais de todos concretos dependem diretamente do processo de dosagem, execução do concretagem e cuidados após a concretagem, como a correta realização da cura (TUTIKIAN, 2008).
O CAA no estado endurecido apresenta as mesmas características ou muito próximas dos concretos convencionais. As propriedades dos concretos no estado endurecido irão depender principalmente das proporções ou traços em que são dosados (ABCP, 2018).
Mas pode se destacar como características peculiares do CAA, o seu alto calor de hidratação. Que é devido na sua dosagem ser utilizado um alto consumo de cimento que por sua vez geralmente é do tipo de alta resistência inicial, podendo causar patologias como: expansões e fissuras na estrutura. Também pode ocorrer que o tempo de pega seja ligeiramente retardado por conta do uso de superplastificante (TUTIKIAN 2008).
O CAA pode apresentar redução no módulo de elasticidade e retração plástica também devido ao baixo consumo de agregado graúdo. Essas patologias têm maiores chances de
ocorrer no CAA, pelo fato de ter alto consumo de cimento ou material aglomerante. Adicionalmente, ocorre o uso de superplastificante e reduzido consumo de agregado graúdo. No entanto, é importante destacar que essas reações não são exclusivas do CAA, ficando qualquer tipo de concreto sujeito a essas patologias e diversas outras (TUTIKIAN 2008).
Para ilustrar o que foi dito pode se tomar o trabalho realizado por Manuel (2005) que relaciona o impacto do aumento do teor de argamassa (variando de 54% a 75%), juntamente com a relação água cimento, no módulo de elasticidade do CAA e resistência a compressão axial. O autor chegou à conclusão que teores a partir de 65% há uma queda no módulo de elasticidade quando compara o concreto convencional (CCV) ao CAA, como mostra a Figura 5. Esses resultados mostram que o CAA apresenta resistência mecânica (compressão axial e módulo de elasticidade) superior ao concreto convencional até determinado valor de teor de argamassa e relação água cimento.
Figura 5: Módulo de elasticidade de CAA e CCV em função do teor de argamassa (Fonte: MANUEL, 2005)
2.1.4. Vantagens do CAA
O CAA é uma tecnologia que representa uma revolução no mundo do concreto, pois muda o modo de se trabalhar com esse material. O seu uso traz muitos vantagens
